Havacılıkta hidrojen teknolojileri

Son yıllarda havacılıkta hidrojen teknolojilerine ilgi artmaya başlamıştır. Bu teknolojiler içerisinde hidrojen yakıt pilleri ayrı bir öneme sahip olup yakıt pili kullanılan projelerin sayısında artışlar görülmektedir. Bilindiği üzere uzay mekiklerinde itki için kullanılan yakıt türü de hidrojendir. Ayrıca 1960’lı yıllarda uzaya gönderilen Apollo serisi ilk uzay mekiklerinde General Electric tarafından geliştirilen, hem elektrik üretmek hem de oluşan suyun astronotlara içme suyu sağlaması amacı ile yakıt pilleri kullanılmıştır. Bunun dışında günümüzde enerji üretim ihtiyacının olduğu her alanda özellikle ulaşım, telekomünikasyon, medikal, tarım ve hayvancılık gibi birçok farklı alanlarda da hidrojen yakıtı hem yakılarak hem de elektrokimyasal dönüşüm aracı olarak kullanılmaktadır.

Havacılıkta hidrojen kullanımının tarihi 1950’li yıllara dayanmaktadır. Motorlarda hidrojen kullanılmış ve bazı uygulamalarda da yakıt pilleri kullanılmıştır. 1957 yılında B-57 uçağının bir motoru hidrojenle çalışacak şekilde modifiye edilmiştir. Daha sonra Tu-154 uçağının motorlarından birisi de sıvı hidrojenle çalıştırılmıştır. Özellikle AIRBUS ve BOEING sıvı hidrojenle ve yakıt pilleriyle çalışan motorlar kullanarak uçuş denemeleri gerçekleştirmişlerdir. AIRBUS, 27 Temmuz 2007’de Hamburg’da gerçekleştirdiği test uçuşlarında gerekli elektrik ve hidrolik gücün bir kısmını yakıt pilleri vasıtasıyla sağlamıştır. 2008 yılında DIMONA, BOEING tarafından yakıt pili kullanılarak başarıyla uçurulmuştur. Bu doğrultuda çalışmalar devam etmekte fakat ilerleme oldukça yavaştır. Daha fazla çalışmaya ihtiyaç olduğunu düşünüyorum. Bilindiği üzere çevre kirliliği konusunda uçaklar çok büyük etkiye sahiptir. Zaman zaman uçakların atmosfere verdiği zarar gündemin konusu olmaktadır. Bu yönde yapılan başarılı çalışmalar çevre kirliliği konusunda çok büyük bir adım olacaktır. Temiz bir atmosfer ve temiz bir dünyaya destek sağlayacaktır.

Hidrojen teknolojileri konusunda son yıllardaki en çok ilgi gören alan İnsansız Hava Araçları (İHA) sektörüdür. Bu sektörde hidrojen kullanımı hususunda ciddi çalışmalar yapılmaktadır. İHA’lar hidrojen yakıt piliyle daha uzun süre havada kalabileceklerdir. Bildiğimiz üzere İHA’lar ortalama 5000 – 15000 m aralığında uçmaktadırlar. Özellikle yüksekliğe bağlı olarak görüntü alma ve silah kullandığında hedefi vurma konusunda başarılar elde edilmektedir. Mevcut İHA’larda genellikle içten yanmalı motorlar kullanılmakta ve bu durum hava aracının sesli çalışmasına neden olmaktadır. Çoğu zaman motor sesi aşağıdan duyulmaktadır. Doğal olarak yere yakın mesafelerde içten yanmalı motor ile çalışan İHA’nın konumu tespit edilmektedir. Bu sebeple mini İHA sistemlerinde içten yanmalı motora göre çok daha sessiz olan batarya ile çalışan elektrikli motor kullanılmaktadır. Fakat batarya ile havada kalma süresi oldukça sınırlı olmakla beraber bu süre mini elden atılabilir İHA’lar için 1 saat civarındadır. Batarya yerine hidrojenle çalışan yakıt pilleri kullanıldığında da hem sessizlik sağlanmakta hem de havada kalma süresinde önemli derecede artış söz konusu olmaktadır. Amerika Birleşik Devletlerinde (ABD) Naval Research Laboratory (NRL) tarafından geliştirilen Ion Tiger isimli İHA sistemi Hidrojen yakıt pili sistemi aracılığıyla son on yılda İHA sistemlerinde hidrojen yakıt pillerinin kullanımında önemli çalışmalara imza atmıştır. Ion Tiger, 2009 yılında 26 saat havada kalma rekorunu 2013 yılında sıvı hidrojen kullanarak 48 saate çıkararak aynı kategorideki batarya ile çalışan İHA sistemlerine büyük bir üstünlük sağlamıştır. Ion Tiger’da yakıt pili yerine batarya kullanılmış olsaydı sadece 4 saat havada kalabilecekti. Yine Lockheed Martin firmasınca geliştirilen Stalker-XE isimli aynı kategorideki mini İHA, propan gazını (çakmak gazı) yakıt pilinde kullanarak 8 saatin üzerinde uçuş süresine ulaştığı bildirilmiştir. Firmanın propan gazı kullanma gerekçesi ise saf hidrojenin operasyon sahasına taşıma gereksinimi olduğudur. Fakat kendi İHA sistemlerinin ihtiyaç duyduğu yakıtı dünyanın her yerinde bulabileceklerini iddia etmişlerdir. Askeri açıdan düşünülürse operasyon sahasında daha uzun süre kalabilen düşük irtifalı taşınabilir sistemler sayesinde askeri üstünlük sağlanacaktır. Yine döner kanat sistemlerin en önemli sorunu havada kalma sürelerinin çok kısıtlı olmasıdır. Bugün tüm İHA sınıfı döner kanat kategorisinde bulunan hava araçlarında havada kalma süresi ortalama 30 dakikadır. Hylium Industries tarafından geliştirilen sıvı hidrojen ile çalışan yakıt pillerinin havada kalma sürelerinin 12 saate kadar çıktığı belirtilmiştir. Bu çalışma süreleri, hidrojenin hava araçlarında neden kullanılması gerektiğini ispat eden niteliktedir. Hidrojen yakıt piliyle İHA’lar daha fazla süre havada kalarak, kullanım alanına göre daha etkin olacaktır. Diğer önemli avantaj ise hidrojen yakıt pilinin diğer güç kaynaklarına göre daha hafif olacağından dolayı İHA’nın faydalı yük kapasitesi artacaktır. Bu durumda İHA’nın fonksiyonelliği artacaktır. Ülkemizde de bu alanda hızlı bir ilerleme sağlamak için bu alanda Ar-Ge projelerine desteklerin arttırılması önem arz etmektedir. Hidrojen-yakıt pilleri özellikle askeri alanda kullanılan İHA sistemlerinde, akıllı füze sistemlerinde, denizaltı torpido sistemlerinde, otonom kara araçlarında, denizaltı ve otonom mini deniz altı sistemlerinde enerji sorununu çözebilecek ve bu sistemlere daha uzun süre enerji sağlayabilecek kritik sistemlerdir.

Ülkemiz genelinde hidrojen konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Araştırma merkezleri kurulmuştur. Araştırma konusunda belli mesafeler alınmıştır. Ürüne yönelik çalışmalar hız kazanmıştır. Hidrojen yakıtlı ürünler piyasada yerini almaya başlamıştır. Bu doğrultuda çok hızlı bir şekilde yakıt pilli İHA’lar geliştirilmeye başlanmalıdır. Sessizlik sağlayacak, faydalı yükü arttıracak İHA’ları en kısa zamanda semalarımızda görmek dileğiyle….